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    • 从nRF51系列、nRF52系列、nRF53系列到nRF54系列:半部蓝牙史
    • nRF91系列:从硬件到云端,“蜂窝”解决方案终身服务
    • nRF70系列:谁说Wi-Fi不能低功耗?
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聚焦无线通信领域,低功耗产品有哪些新趋势?

2023/07/17
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如果说要在无线通信市场上找一家做低功耗产品的标杆,那么Nordic可以算一个。

笔者曾在大学时期用过Nordic家的产品,设计一款物联网设备,当时导师的选型建议就是nRF24LE1,一晃十多年过去了,Nordic还在低功耗无线解决方案这条路上继续耕耘着,只是产品线更为丰富,部分产品的功耗也因技术和设计的精进,实现了超低功耗(ULP)的级别。

借着2023MWC的机会,笔者去Nordic展位走了一圈,并与Nordic Semiconductor大中国区销售总监Damien Wong进行了简单的对话和沟通。

图 | 2023MWC,Nordic Semiconductor展位现场

Nordic诞生于1983年,至今已有40年的历史,作为一家Fabless半导体公司,其专长是在无需授权的2.4GHz和频率低于1GHz的工业、科学和医疗(ISM)频段,及针对物联网(IoT)和其它无线应用的商业LTE电信频段提供超低功耗和低功耗无线通信技术

下面我们就来介绍一下Nordic主要技术板块的产品进展情况,见微知著,洞见低功耗无线通信产业的发展趋势。

从nRF51系列、nRF52系列、nRF53系列到nRF54系列:半部蓝牙史

这是半部低功耗蓝牙领域的演变史,Nordic从2010年左右开始从事蓝牙技术的研发,一路狂奔,占据低功耗蓝牙重要市场地位。

事实上,蓝牙市场虽然前景广阔,却已是一片红海,然而在全球BLE市场中,Nordic长期占据40%左右的市场份额,是当之无愧的“蓝牙霸主”。

从产品线的演变来看,多协议、多核、LE Audio以及低功耗是其发展的趋势,以多核趋势为例,早期的nRF51系列只有收发没有集成MCU IP,而到了nRF54系列,nRF54H20具有多个Arm® Cortex®-M33处理器和多个RISC-V协处理器

  • nRF51422™ ANT和ANT/低功耗蓝牙闪存SoC是一种适用于ANT或ANT/低功耗蓝牙应用的单芯片解决方案。该IC配备S210 ANT协议堆栈或S310 ANT/低功耗蓝牙协议堆栈,适合运动、健身和保健传感器应用。nRF51422还提供主板空间缩小40%的WLCSP封装
  • nRF51822多协议低功耗蓝牙/2.4GHz专有Flash版本SoC是一种由ARM Cortex M0处理器推动的单芯片解决方案。该IC配备S110、S120或S130低功耗蓝牙堆栈,适合成本、电源和尺寸受限的应用。nRF51822还提供主板空间缩小40%的WLCSP封装。
  • nRF51824™多协议低功耗蓝牙、ANT和4 GHz专有Flash版本 SoC是一款汽车级AEC-Q100认证(2级:-40 至 105ºC)IC,适用于各种智能汽车应用,包括报警、碰撞检测、控制和遥测、无线充电和资讯娱乐。
  • nRF52832™多协议低功耗蓝牙、ANT和4GHz专有闪存SoC是由ARM Cortex M4F处理器推动的单芯片解决方案。该IC适合最苛刻的单芯片低功耗蓝牙应用。nRF52832同时供应3.0X3.2mm的WLCSP封装。
  • nRF52840多协议低功耗蓝牙、IEEE 802.15.4、ANT和4GHz专有闪存SoC,这是一种由ARM Cortex M4F 处理器推动的单芯片解决方案。该IC为蓝牙5而设计,与蓝牙4.2相比,拥有4倍传输距离或 2倍原始数据带宽。该IC还集成了ARM CryptoCell-310加密加速器,为基于Cortex-M的SoC提供业界最好的安全性。
  • nRF5340音频开发套件(DK)是用于快速开发蓝牙® LE Audio产品的设计平台。这款音频DK基于Nordic的nRF5340系统级芯片(SoC),包含了启动LE Audio项目所需要的一切组件。nRF5340是世界上首款具备两个 Arm® Cortex®-M33 处理器的无线 SoC,是用于LE Audio和其它复杂物联网(IoT)应用的理想选择。
  • nRF54H20具有多个Arm® Cortex®-M33处理器和多个RISC-V协处理器,这些处理器的时钟频率高达320 MHz,并且每个处理器都针对特定类型工作负载进行了优化。这款SoC产品具有高集成度,开发人员可以仅使用一个高度紧凑器件来取代多个组件(例如应用MCU、外部存储器和无线SoC),从而设计出更精密的产品。nRF54H20 SoC十分适合要求复杂机器学习(ML)功能和支持边缘传感器融合的应用。

nRF91系列:从硬件到云端,“蜂窝”解决方案终身服务

提到蜂窝产品,Nordic是从2015年开始研发的,包括LTE、NB-IoT等,到2018年产品出货,历经三年时间。如今,Nordic的蜂窝物联网产品生态已经很完善了,包括Nordic Thingy:91蜂窝物联网原型平台、nRF9160 DKnRF Cloud定位服务等,几乎包含从硬件到 云端的终身服务。

下面两款产品是从nRF9160衍生出来的两款产品,一款是nRF9160的精简版,相比nRF9160, nRF9131的功耗更低,性价比更高;另一款是nRF9160的升级版,相比nRF9160(支持R13协议),nRF9161的功能有所增强,且支持R14协议。

  • nRF9161 SiP是一款完整的、全球预认证的SiP产品。它既可以使用安全的全球蜂窝基础设施实现蜂窝物联网连接,也可以使用NR+实现大规模、超可靠的私有5G网络。此外,nRF9161 SiP调制解调器固件和nRF Cloud引入的新功能有助于客户进一步降低功耗,因此,它十分适合要求延长电池使用寿命的应用。这款新产品还拥有增强的GNSS和基于蜂窝的定位功能。
  • nRF9131 SiP是兼容nRF9161功能的替代产品,尺寸仅有后者的一半,为大批量生产企业提供了更大的设计和采购灵活性。nRF9131在mini-SiP封装中集成SoC和RF前端,消除了主要的RF设计风险,并且简化了制造过程。

nRF70系列:谁说Wi-Fi不能低功耗?

Nordic的Wi-Fi技术起步,源自2020年对Imagination Technologies Group Wi-Fi 开发团队、核心 Wi-Fi 专业知识和 Wi-Fi IP 技术资产的收购。

很多人会问,在行业如此成熟的阶段进入Wi-Fi赛道,真的有前景吗?Nordic的优势又在哪里?事实上,Nordic的Wi-Fi产品是其对无线通信产品集合的补充,对比其他家的产品,其现有产品nRF7002、nRF7001可以跑Matter协议,且更具低功耗特性、安全性和成本优势,更适合用在设备侧。究其低功耗的原因,一方面源自Nordic的技术优势,另一方面是做了更趋向于物联网需求的技术取舍,比如仅保留1个空间留等。

  • nRF7002可以配合 Nordic现有产品一起使用,提供无缝 Wi-Fi连接和基于 Wi-Fi 的定位(本地 Wi-Fi 集线器SSID 嗅探) 功能。nRF7002可配合的现有产品包括nRF52®和nRF53®系列蓝牙系统级SoC芯片,以及nRF91®系列蜂窝物联网SiP。nRF7002 也可以与非Nordic的主机设备结合使用。
  • nRF7001协同IC支持站点(STA)、软件模拟接入点(SoftAP)和Wi-Fi Direct运作,并符合IEEE 802.11b, g, n ("Wi-Fi 4")和ax ("Wi-Fi 6")标准。这款产品还可与低功耗蓝牙(Bluetooth® Low Energy)、Thread和Zigbee共存。nRF7001支持一个关键的Wi-Fi 6省电特性——目标唤醒时间(TWT),通过串行外设接口(SPI)或四路SPI (QSPI) 连接nRF52840或另一个主机处理器。nRF7001提供单一空间流、20 MHz通道带宽、64 QAM (MCS7)、OFDMA、高达86 Mbps PHY吞吐量和BSS着色。

值得一提的是,连接技术是物联网发展的重要基础,蓝牙技术在智能可穿戴设备等物联网场景中应用广泛,WiFi作为局域通信连接技术,在智能家居等场景中应用较多;蜂窝移动主要用于家庭和办公室的无线网络,以及室内和室外的宽带接入服务,未来还会在车联网中占据重要地位。

面对如此多的应用场景,机会很多。根据IDC 在《全球物联网支出指南》中的预测数据显示,2021年全球物联网(企业级)支出规模达6902.6亿美元,并有望在2026年达到1.1万亿美元,五年(2022年—2026年)复合增长率(CAGR)达10.7%。其中,中国企业级物联网市场规模将在2026年达到2940亿美元,复合增长率(CAGR)达13.2%,全球占比约为25.7%,继续保持全球最大物联网市场体量。

谁家的产品更具有技术和生态优势,谁就能取得更多的市场份额,Nordic在低功耗无线产品领域是常胜者,未来将取得怎样的成绩,我们拭目以待。

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北欧解决方案的全球领先地位在于,这是通过提供领先水平的无线性能和复杂性来实现的,其价格使该公司的芯片能够用于最具成本敏感性的消费产品中。因此,Nordic的芯片将常用于诸如无线PC外设,游戏控制器,运动和健身传感器(例如心率传送带和脚踏舱),玩具,先进多媒体控制器和数字/卫星等产品中电视(机顶盒)遥控器,仅举几例。事实上,今天在全球销售的大多数非蓝牙PC无线键盘和鼠标的无线链接都由Nordic半导体的无线芯片提供。但这只是一个开始。由于像北欧半导体这样的公司,ULP无线从未如此实惠,易于设计成产品,安全,功能强大且可靠。因此,使用ULP无线技术的细分市场正在迅速扩大,并且允许无线应用在由于功率,性能和/或成本限制而曾经不可能实现的领域得到发展。一个典型的例子是远程病人监护,这可以为医疗行业节省数十亿美元,同时丰富数百万人的生活,这些人将不再需要忍受长时间住院或全职护理设施。在20世纪90年代,北欧半导体一直率先在ULP无线领域率先推出这一无线革命。今天,在很大程度上是由于北欧一直致力于不断开发,增强和扩大覆盖范围ULP无线技术 - 称为蓝牙低功耗(以前称为Bluetooth Smart)的ULP无线连接版本现在已经被蓝牙无线技术背后的开放标准组织采用技术:蓝牙SIG。因此,蓝牙低功耗将在几乎所有新手机和蓝牙设备中与传统蓝牙一起出现。Nordic仍然热忱地致力于ULP无线技术,并继续对ULP无线技术创造的新可能性和应用感到兴奋,有时甚至感到惊叹 - 有朝一日将有利于全球数十亿人的生活。Nordic Semiconductor是挪威奥斯陆证券交易所(OSX:NOD)上市的挪威全球挪威公司,总部位于挪威特隆赫姆。该公司成立于1983年,是特隆赫姆技术大学的分支机构,并通过了ISO 9001:2008认证。

北欧解决方案的全球领先地位在于,这是通过提供领先水平的无线性能和复杂性来实现的,其价格使该公司的芯片能够用于最具成本敏感性的消费产品中。因此,Nordic的芯片将常用于诸如无线PC外设,游戏控制器,运动和健身传感器(例如心率传送带和脚踏舱),玩具,先进多媒体控制器和数字/卫星等产品中电视(机顶盒)遥控器,仅举几例。事实上,今天在全球销售的大多数非蓝牙PC无线键盘和鼠标的无线链接都由Nordic半导体的无线芯片提供。但这只是一个开始。由于像北欧半导体这样的公司,ULP无线从未如此实惠,易于设计成产品,安全,功能强大且可靠。因此,使用ULP无线技术的细分市场正在迅速扩大,并且允许无线应用在由于功率,性能和/或成本限制而曾经不可能实现的领域得到发展。一个典型的例子是远程病人监护,这可以为医疗行业节省数十亿美元,同时丰富数百万人的生活,这些人将不再需要忍受长时间住院或全职护理设施。在20世纪90年代,北欧半导体一直率先在ULP无线领域率先推出这一无线革命。今天,在很大程度上是由于北欧一直致力于不断开发,增强和扩大覆盖范围ULP无线技术 - 称为蓝牙低功耗(以前称为Bluetooth Smart)的ULP无线连接版本现在已经被蓝牙无线技术背后的开放标准组织采用技术:蓝牙SIG。因此,蓝牙低功耗将在几乎所有新手机和蓝牙设备中与传统蓝牙一起出现。Nordic仍然热忱地致力于ULP无线技术,并继续对ULP无线技术创造的新可能性和应用感到兴奋,有时甚至感到惊叹 - 有朝一日将有利于全球数十亿人的生活。Nordic Semiconductor是挪威奥斯陆证券交易所(OSX:NOD)上市的挪威全球挪威公司,总部位于挪威特隆赫姆。该公司成立于1983年,是特隆赫姆技术大学的分支机构,并通过了ISO 9001:2008认证。收起

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电子产业图谱

与非网副主编 通信专业出身,从事电子研发数余载,擅长从工程师的角度洞悉电子行业发展动态。